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Projekt
Enzyme des pflanzlichen Gallotanninstoffwechsels
Antragsteller
Dr. Carsten Milkowski
Fachliche Zuordnung
Biochemie und Biophysik der Pflanzen
Förderung
Förderung von 2011 bis 2017
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 196622592
Ziel der Arbeiten ist die Identifizierung der essenziellen Enzyme der Gallotannin-Biosynthese aus Stieleiche (Quercus robur): Shikimat-Dehydrogenase (SDH), UDP-Glucose:Gallussäure-Glucosyltransferase (GGT) sowie Galloyltransferase (GALT). SDH katalysiert die Bildung von Gallussäure als Vorstufe der Gallotannine sowie von Shikimisäure als Vorstufe aromatischer Aminosäuren. Damit verknüpft die SDH im metabolischen Netzwerk der Pflanzen Primär- und Sekundärstoffwechsel. In den bisherigen Arbeiten konnten wir zwei SDH-Varianten aus Q. robur isolieren, QrSDH1 und QrSDH2. QrSDH1 katalysiert die Bildung von Shikimisäure sowie von Gallussäure, für QrSDH2 konnte bisher nur die Synthese von Shikimisäure gezeigt werden. Ziel der weiteren Arbeiten ist die detaillierte funktionelle Charakterisierung von QrSDH1 und QrSDH2. Dazu wird für beide Enzymvarianten die katalytische Effizienz zur Bildung von Gallussäure sowie von Shikimisäure bestimmt. Weiterhin werden für QrSDH1 und QrSDH2 mit Hilfe von Reportergen-Fusionen und immuncytologischen Methoden die gewebespezifische Verteilung sowie die subzelluläre Kompartimentierung in der Pflanze aufgeklärt. Die Ergebnisse werden die jeweilige Bedeutung von QrSDH1 und QrSDH2 für den Gallotannin- und Shikimat-Stoffwechsel zeigen. In unseren bisherigen Arbeiten konnten wir die Glucosyltransferase UGT84A13 als GGT identifizieren, die in der Gallotannin-Biosynthese die Bildung von 1-O-Galloylglucose katalysiert. Die für die nachfolgende Synthese der mehrfach substituierten Galloylglucose-Ester verantwortlichen Acyltransferasen stellen eine neuartige Gruppe pflanzlicher Acyltransferasen dar. Bisher haben wir für diese Enzyme durch Homologie-basierte Verfahren zwei cDNA-Kandidaten, QrGALT1 und QrGALT2, aus Q. robur isoliert. Da pflanzliche Acyltransferasen häufig post-translationale eukaryotische Proteinreifungsprozesse benötigen, sollen diese cDNA-Kandidaten in Tabak (Nicotiana benthamiana) funktionell exprimiert werden. Die Genprodukte werden in Enzymassays auf ihre Fähigeit zur Galloylübertragung untersucht. Um potenzielle alternative GALT-cDNAs zu identifizieren, werden mit Hilfe der TrophinOak-Plattform Kandidatengene ermittelt, die mit QrSDH1, QrSDH2 und UGT84A13 koexprimiert werden. Diese Arbeiten sollen zur Aufklärung der molekularen Identität der bisher unbekannten Galloyltransferasen führen. Zur Untersuchung der Regulation der Gallotannin-Biosynthese werden in silico-Analysen der Transkriptabundanzen von QrSDH, UGT84A13 und QrGALT in verschiedenen Geweben von Q. robur sowie unter verschiedenen biotischen Interaktionen durchgeführt. Die Ergebnisse dienen zur Aufklärung der ökologischen Funktion der Gallotannin-Biosynthese in der Abwehr von Pathogenen und Herbivoren sowie bei der Etablierung der Mykorrhiza.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
